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#Câncer
Cientistas colaboram para aprimorar técnicas avançadas de microscopia com IA, com o objetivo de melhorar a compreensão dos tumores cerebrais de glioblastoma.
Imagine construir uma câmera de vigilância de tráfego que pudesse detectar células problemáticas acelerando em seu cérebro antes que sua gangue celular pudesse cometer “crimes”. Mais importante, essa câmera poderia capturar alguns dos maiores intrusos de todos – células cancerígenas.
Essa “câmera de vigilância” não é mais uma invenção da imaginação. Ao longo da maior superestrada do cérebro de fibras nervosas que conecta os hemisférios direito e esquerdo do cérebro – o corpo caloso – viajam células que compõem um dos cânceres cerebrais mais mortais, os glioblastomas. Agora, os cientistas tornaram esse detector celular uma realidade, introduzindo inteligência artificial a um microscópio de última geração. Eles agora podem visualizar e rastrear células específicas com clareza sem precedentes no tecido cerebral profundo, incluindo ao longo dessa superestrada.
Em um recente esforço colaborativo entre o EMBL e a Universidade de Heidelberg, os cientistas estão usando essa nova tecnologia para rastrear células tumorais de glioblastoma para entender melhor esse câncer mortal e possivelmente detectá-lo mais cedo, o que pode levar a melhores ferramentas de diagnóstico no futuro.
Nasce um microscópio de tecido profundo:
Em 2021, pesquisadores do EMBL – com colaboradores da Alemanha, Áustria, Argentina, China, França, Estados Unidos, Índia e Jordânia – desenvolveram uma nova técnica de microscopia. O líder do grupo EMBL, Robert Prevedel, e seu grupo de pesquisa trabalharam com esses diversos colaboradores para abordar alguns dos desafios que os neurocientistas enfrentam ao estudar regiões cerebrais profundas. Anteriormente, o tecido cerebral difuso representava um problema para os cientistas quando tentavam observar neurônios e células gliais conhecidas como astrócitos e estudar como eles se comunicam profundamente no córtex. Também dificultava a visualização de células neurais no hipocampo, outra região cerebral profunda responsável pela memória espacial e navegação.
Os cientistas basearam sua nova abordagem em métodos de microscopia de última geração que poderiam fornecer uma abertura mais ampla e clara para visualização, ao mesmo tempo em que se ajustavam à distorção que surge quando as ondas de luz se espalham no tecido cerebral profundo. Eles previram muitas possíveis aplicações futuras na pesquisa cerebral.
Agora, em um estudo publicado no periódico Nature Communications, Prevedel se uniu a neurocientistas, neurooncologistas e especialistas em IA para levar esse microscópio ao próximo nível. O resultado é um microscópio que pode observar neurônios vivos – e outros tipos de células cerebrais – profundamente dentro do cérebro por um longo período de tempo.
“Agora passamos de tirar uma foto instantânea de células no cérebro de um rato para dar zoom em células específicas e ser capaz de segui-las por muitas horas ou até dias”, disse Prevedel. “Além disso, incorporar abordagens de IA personalizadas nos permitiu distinguir diferentes partes do microambiente das células, o que também é muito importante para entender seu comportamento no contexto.”
Colocando à prova
Em 2021, Varun Venkataramani, da Clínica de Neurologia do Hospital Universitário de Heidelberg, leu sobre essa nova abordagem para microscopia de tecido profundo com grande interesse. Sua pesquisa se concentra em tumores cerebrais humanos – notavelmente glioblastomas, que são tumores prevalentes, de rápido crescimento e intratáveis. Venkataramani estava aprendendo cada vez mais sobre mecanismos neurais que determinam como os tumores se originam, progridem e, finalmente, respondem ou resistem ao tratamento. No entanto, sua abordagem de microscopia na época restringia a profundidade da imagem, limitando-a principalmente à substância cinzenta do cérebro.
“O artigo de 2021 do grupo de Robert introduziu uma técnica de microscopia de tecido profundo que eu acreditava que poderia estender nossas capacidades de imagem para a substância branca do corpo caloso”, disse Venkataramani. A substância branca desempenha um papel na comunicação entre diferentes áreas de substância cinzenta do cérebro e o resto do corpo. “Isso poderia potencialmente revelar novos processos biológicos e oferecer insights sobre o comportamento desses tumores em um nicho crítico, mas pouco estudado”, ele acrescentou.
Os glioblastomas são principalmente uma doença da substância branca. A nova técnica avançada de imagem permitiu que a equipe de Venkataramani observasse essas células tumorais dentro de seu microambiente na substância branca. Essa capacidade foi crucial para entender como as células tumorais invadem as “faixas? de fibras densamente mielinizadas (isoladas) da superestrada do corpo caloso e então se adaptam e se espalham pelo cérebro. Esse processo também está associado à invasão letal de estruturas cerebrais críticas pelos glioblastomas.
“Foi fascinante observar a invasão de células tumorais no corpo caloso em tempo real”, disse Marc Schubert, um dos principais autores do estudo e estudante de medicina na Universidade de Heidelberg.
“Neste ponto, acho que o aspecto mais importante dessa pesquisa fundamental é que ela nos permite investigar esses tumores em seu nicho microambiental mais relevante pela primeira vez”, disse Venkataramani. “Essas descobertas também ajudam a explicar os desafios atuais na detecção de células de glioblastoma nas bordas infiltrativas do tumor usando técnicas convencionais de ressonância magnética, que são o padrão em imagens clínicas. Como neurocientista, neurologista e neurooncologista, vejo o potencial dessa tecnologia para preencher a lacuna entre a pesquisa laboratorial e a aplicação clínica, melhorando como poderíamos diagnosticar e potencialmente tratar tumores cerebrais.”
A inteligência artificial leva o microscópio para o próximo nível
Uma característica importante desta última colaboração foi que os pesquisadores incorporaram um elemento de inteligência artificial.
“Do ponto de vista do desenvolvimento técnico, os métodos baseados em IA ajudaram a “reduzir o ruído? das nossas imagens, então o contraste agora é muito mais claro”, disse Prevedel. “A IA pode distinguir diferentes estruturas dentro da substância branca, como fibras mielinizadas e vasos sanguíneos, o que é importante por uma variedade de razões. A IA foi realmente fundamental para avançar o nível deste microscópio, para que ele possa abordar essas questões médicas urgentes.”
O grupo de pesquisa de Anna Kreshuk no EMBL Heidelberg forneceu essa expertise em IA. O grupo de Kreshuk contribuiu para um fluxo de trabalho personalizado que ajudou a distinguir os sinais dos vasos sanguíneos dos sinais das fibras neurais mielinizadas, esclarecendo o microambiente das células tumorais.
Consequentemente, os pesquisadores puderam identificar um potencial biomarcador de imagem microscópica vinculado às propriedades estruturais do microambiente da substância branca. Este fluxo de trabalho inovador prepara o cenário para identificar potencialmente padrões de imagem para glioblastomas, para que os tumores possam ser detectados mais cedo do que são atualmente.
“Estamos ansiosos para personalizar ainda mais esta nova abordagem para necessidades mais clinicamente práticas no futuro para maximizar seu potencial”, disse Stella Soyka, uma das principais autoras do artigo e residente médica no Departamento de Neurologia da Clínica Universitária de Heidelberg.
“É promissor, mas é muito cedo para aplicá-lo clinicamente sem mais desenvolvimento”, disse Venkataramani, explicando que as próximas etapas integrarão modalidades de imagem mais avançadas, o que pode ajudar construindo ferramentas práticas para ambientes clínicos padrão.
“Estamos otimistas, principalmente por causa do robusto suporte interdisciplinar da rede Heidelberg-Mannheim Life Science Alliance, que promove a colaboração entre disciplinas pré-clínicas e clínicas”, disse ele. “Essa sinergia é crucial para trazer esses insights laboratoriais para a prática clínica em um futuro previsível.”
Publicado em 23/09/2024 18h00
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